夏洛特水电站电气一次设计

宋均琪，林 顺

（中水北方勘测设计研究有限责任公司，天津市300222）

夏洛特水电站电气一次设计

宋均琪，林 顺

（中水北方勘测设计研究有限责任公司，天津市300222）

1 工程概况

夏洛特水电站为引水式电站，位于西非塞拉利昂首都弗里敦西南约15km的Orugo河上，主要任务为发电，是我国非洲援建的100个清洁能源项目之一。电站总装机容量为2200kW，2台大机单机容量为1000kW，1台小机容量为200kW，多年平均发电量为365.1万kW・h。电站两回11kV出线，分别接至Grafton村和日本援建的Regent变电站。接入点的变电站及相关设施由塞方负责出资建设。通过这两条线路，既可直接并入首都弗里敦电网为弗里敦供电，又可为Grafton村及周边地区供电。

电站由拦河坝、电站进水口、压力管道、厂房建筑物等组成。拦河坝为混凝土重力坝，最大坝高13.5m，坝长63.8m，其中溢流坝长25m。电站进水口布置有拦污栅和冲砂底孔，紧靠溢流坝的左侧。压力管道采用钢管，主管长140m，管径为1.6m。厂房为地面厂房，分为主厂房和副厂房。主厂房主要布置3台水轮发电机及附属设备，长35.52m，跨度为10.5m。副厂房主要布置中低压开关设备、二次设备和柴油发电机等，总长33.22m，宽度为7.5m。

2 电气一次设计

2.1 电气主接线

电站接入系统电压为11kV，接入点有2个，分别为Grafton村和Regent变电站，电站距离Grafton村约5.5km，距离Regent变电站约5km。

1000kW发电机电压选择6.3kV，200kW发电机电压选择0.4kV。2台1000kW机组组成扩大单元接线，经过1台2500kVA变压器升压至11kV。200kW机组接至0.4kV厂用母线I段经2号主变升压至11kV。发电机和开关柜之间采用电缆连接，11kV采用单母线接线方式。

2.2 厂用电接线

小水电厂用母线应简单实用，结合电站安装1台200kW机组的特点，0.4kV厂用电采用单母线分段接线。小机组直接接到0.4kV母线I段，另外设有1台干式厂用变压器。考虑到当地电网极为薄弱、电力建设极为落后，设置了1台75kW柴油发电机作为事故应急和黑启动电源。

坝上用电及生活管理区用电电源均直接引自0.4kV厂用母线。

2.3 主要设备选择

当地为湿热带雨林气候，所有电器设备均采用湿热带型（TH）产品。电站接入当地电网标称电压为11kV，国内与之接近的为10kV。11kV电气设备的绝缘水平参照中国10kV电气设备的最高绝缘水平，即中性点非有效接地系统的绝缘水平，采用Um＝12kV，基本绝缘水平BIL＝75kV，工频耐压为42kV。

（1）发电机

3台发电机均为卧轴混流式水轮机发电机组。1号和2号发电机型号为SFW1000—6／1180，额定容量为1000kW，额定电压为6.3kV，功率因数为0.8，额定频率为50Hz，额定转速为1000r／min，励磁方式为自并励可控硅整流静止励磁系统。3号发电机型号为SFW—200—6／900，额定容量为200kW，额定电压为0.4kV。

（2）主变压器

1号主变为三相双绕组油浸式变压器，型号为S11—M—TH—2500／11.5，电压变比为11.5±2× 2.5%／6.3kV，接线方式为DY11，阻抗电压百分数为6%，冷却方式为自冷。2号主变为三相双绕组油浸式变压器，型号为S11—M—TH—250／11.5，电压变比为11.5±2×2.5%／0.4kV，接线方式为Dyn11，阻抗电压百分数为4%，冷却方式为自冷。

（3）中压开关设备

中压开关柜共16面，选择金属铠装户内成套设备，考虑到设备的通用性和备件的互换性，11kV和6.3kV均采用KYN—12型开关柜，配置真空断路器。

（4）低压开关设备

低压配电柜共5面，动力箱6台。低压开关柜选择GCS型低压抽屉式配电柜，尺寸为800×1000×2200（宽×深×高）。动力箱选择XL—M型动力配电箱。

（5）柴油发电机

为满足黑启动和事故应急的需要，电站配置1台柴油发电机。柴油发电机采用涡轮增压型，额定容量为75kW，额定电压为0.4kV。

（6）电力电缆

电站内高压电缆选择阻燃型交联聚乙烯绝缘聚氯乙烯护套铜芯电缆：1、2号发电机和6.3kV开关柜之间选择1根ZR—YJV—8.7／15kV—3×70电缆，6.3kV母线到1号主变之间及1号主变到11kV开关柜选择2根ZR—YJV—8.7／15kV—3×70电缆。低压电力电缆采用阻燃型聚氯乙烯绝缘聚氯乙烯护套电力电缆，额定电压0.6／1kV。

2.4 过电压保护及接地

11kV和6.3kV为不接地系统；0.4kV低压配电采用TN—C—S系统，中性点直接接地。为防止雷电侵入波及操作过电压的侵害，在11kV出线电缆上塔处设置户外氧化锌避雷器，在开关柜馈线侧、母线及发电机出口等处设置户内型氧化锌避雷器。

主副厂房屋顶设置避雷带并用引下线与接地网可靠相连，水电站建筑物周围设置人工钢接地体，除埋在混凝土内部的接地体以外，所有钢接地体都镀锌防护层，接地网的总接地电阻小于4Ω。

2.5 照明

电站内设置正常照明和事故照明。主副厂房各设1台正常照明配电箱，电源引自0.4kV厂用电主配电盘。主厂房设1台事故照明配电箱，电源引自UPS。副厂房事故照明采用灯具带蓄电池，应急时间不小于60min。室内采用高压钠灯、荧光灯等节能型照明灯具，主变场地设有投光灯，场区道路设置庭院灯。

2.6 主要设备布置

电站主厂房尺寸为35.52m×11.3m（长×宽），分为2层，底层为主机层。主机层高程为159.57m，3套机组一字排开，机组间距为8.5m。机旁动力箱、公用动力箱布置在主机层下游侧。主机层上部空着，厂房左侧设有安装场，安装场高程为164.7m。

副厂房布置在主厂房上游侧，尺寸为33.22m ×7.5m（长×宽），单层建筑，主要包括高低压配电室、控制室、柴油机房。高低压开关柜室主要设备包括：8面6.3kV开关柜，8面11kV开关柜，2台励磁变，5面低压开关柜，1台干式站用变。控制室内包括布置机组控制屏，UPS等。副厂房左侧户外布置1号和2号主变，尺寸为10m×4.3m（长×宽）。

3 小 结

夏洛特水电站是我国援建塞拉利昂的1座小型水电站，针对当地电网及气候特点，在满足发电功能的同时，合理选择设备参数，优化工程设计，满足了塞方要求。项目的建设将会带动该国经济的发展，改善当地用电条件，是中塞两国友谊的见证。该方案已于2010年7月通过商务部援外司的审查，于2010年10月通过塞拉利昂能源部的审查，于2011年完成EPC招标，2012年3月正式开工。

［1］ 水利电力部西北电力设计院．电力工程电气设计手册（电气一次部分）［M］．北京：中国电力出版社．1996．

［2］ 水电站机电设计手册编写组．水电站机电设计手册（电气一次）［M］．北京：水利电力出版社．1985．

责任编辑 吴 昊

2015－03－03

宋均琪（1983－），男，工程师，主要从事水电站及新能源电气相关设计工作。

E_mail：junqiso＠163.com